飛行模擬器：創新驅動，精準模擬

01飛行模擬器簡介

飛行模擬器是經由人工制造，盡可能逼真地重現飛機飛行以及空中環境的模擬系統，通常應用于飛行員培訓以及飛機設計等工作。飛行模擬器能夠模擬對飛機飛行的控制方式、飛機應用系統的反應，還能夠模擬某些可能對飛機系統產生影響的外部條件，像空氣密度、亂流、風切變、云、降水等外部要素。

飛行模擬器的歷史能夠追溯到上世紀初，最初的目的是降低沒有飛行經驗的新人的飛行事故率。

▲1910 年，在法國指揮官克洛盧斯、拉豐以及克拉維納德中尉的倡導下，第一架用于軍用飛機的地面訓練機應運而生。圖中所示便是由 Antoinette 公司打造的“Tonneau Antoinette”（安托瓦內特桶），堪稱現代飛行模擬器的雛形。

歷經“林克訓練機（Link Trainer）”“天文導航教練機（Celestial Navigation Trainer）”等多次迭代后，1940 年，人們開始運用類比式電腦（Analog Computer）來計算飛行公式，第一套電子飛行模擬器就此問世。進入 1960 年代，使用數碼電腦來模擬飛行開始流行起來。

時至今日，飛行模擬器已在航空工業的設計與研發中得到廣泛應用，飛行員訓練、飛機的設計與開發、對飛機特性和控制處理質量管理的研究都離不開飛行模擬器的支持。

飛行仿真軟件在航空航天領域具有廣泛而重要的應用，包括但不限于以下幾個方面：

1. 飛行員培訓：

• 幫助飛行員熟悉飛機的操作流程和各種飛行狀況。
• 讓飛行員在安全的虛擬環境中練習應對緊急情況，如引擎故障、惡劣天氣等。例如，新飛行員可以在仿真軟件中多次練習起落架故障時的緊急降落程序。

2. 飛行器設計與研發：

• 工程師可以在軟件中模擬新飛機的性能，優化設計參數。
• 提前發現潛在的問題和風險，降低實際試飛的成本和風險。比如，通過仿真來確定飛機機翼的最佳形狀和尺寸，以提高飛行效率和穩定性。

3. 航空系統測試：

• 對飛機的電子系統、導航系統、通信系統等進行模擬測試。
• 確保這些系統在各種復雜的飛行條件下正常工作。例如，測試新的自動駕駛系統在不同氣象條件下的可靠性。

4. 任務規劃與演練：

• 為軍事或特殊任務規劃飛行路徑和策略。
• 進行任務前的演練，提高任務執行的成功率。比如，在執行太空探索任務前，模擬飛行器的軌道飛行和對接操作。

5. 空中交通管理研究：

• 幫助研究人員評估新的空中交通規則和管理策略的效果。
• 優化航線規劃和空域利用。例如，通過仿真研究如何減少繁忙空域的擁堵情況。

6. 科學研究：

• 用于研究大氣物理、飛行力學等相關領域的科學問題。
• 為航空航天領域的理論研究提供數據支持和驗證。比如，研究不同高度的大氣湍流對飛機飛行的影響。

02現代飛行模擬器的構成

用于訓練飛行員的飛行模擬器具有眾多類型，小到能夠單獨模擬各種飛機控制系統部分功能的部分功能訓練器（Part-Task Trainer, PTT），以及專門用于練習駕駛艙操作與駕駛艙儀表檢查的駕駛艙程序訓練器（Cockpit Procedures Trainer, CPT），大到功能與結構最為復雜的全功能飛行模擬器（Full Flight Simulator, FFS）。

目前，較高等級的全功能飛行模擬器中模擬器姿態控制系統能夠做出具有 6 個自由度的全方位運動控制，同時還有廣角高仿真度的視覺系統模擬飛機窗外的景象，其中還包含高仿真的駕駛艙與視覺系統。

全功能飛行模擬器被劃分為 1 到 7 級的飛行訓練器（Flight Training Device, FTD）或是 A 到 D 級的全功能飛行模擬器。最高等級、功能最強的是 D 等級全功能飛行模擬器，能夠用于資深飛行員從一種機型轉換到另一種類似機型的零飛行時數轉換，避免飛行員重復累積飛行時數。

1. FAA FFS A 級：至少需要具備三個自由度的運動系統。
2. FAA FFS B 級：需要三軸運動以及比 A 級更為真實的空氣動力學模型。
3. FAA FFS C 級：必須具備完整的六個自由度的運動平臺以及一個最低 75 度水平可視角度的視覺系統。
4. FAA FFS D 級：屬于目前能夠獲得的最高級別的 FFS 資格。視覺系統需要具備至少 150 度的水平可視角度以及遠焦顯示，駕駛艙內需具備逼真的聲音模擬以及一些特定的運動視覺效果。

能夠達成 D 等級的全功能飛行模擬機勢必需要實現絕對真實的仿真效果，最好是能夠直接運行真實飛機目標碼，需要配合上位機軟件注入真實物理仿真數據。這就需要高安全性、高可靠性的仿真軟件的支持。

03高等級仿真架構

由點銀津達自主研發的HighSim仿真架構體系，可通過仿真構建與目標機相同的真實物理運行環境，使飛機目標碼程序直接運行在仿真目標機環境中，為客戶提供實時安全真實的的使用環境，實現高效率、高質量的飛行模擬器仿真工作。